不同场所金属氧化物避雷器的智能监测方法

毛慧明，张天运

（1.西安西润电器技术有限责任公司，西安 710075；2.厦门ABB高压开关有限公司，厦门 361009）

0 引言

避雷器的智能监测是针对于普通避雷器的监测提出的。早期避雷器一般是只监测放电次数，但随着无间隙金属氧化物避雷器的广泛应用，避雷器在持续运行电压下都有一定的泄漏电流。避雷器在受潮、老化等情况下出现故障时，泄漏电流都会增加。所以监测避雷器泄漏电流的变化情况，能确认避雷器是否正常工作。避雷器的泄漏电流由容性电流和阻性电流组成，避雷器老化时，阻性电流不断增大，功耗增加，是避雷器运行温度升高，从而老化速度加快[1-3]。而普通避雷器监测器只能监测全泄漏电流，监测避雷器老化的性能较差。而且要运行人员巡检才能观测避雷器的泄漏电流。避雷器智能监测就是通过通讯方式将避雷器的全泄漏电流、阻性电流、放电次数和放电时间远传到主控室计算机，实时记录避雷器的泄漏电流和放电次数。当避雷器泄漏电流超过设定值以后可以报警，能及时发现有故障的避雷器[4-7]。

1 变电站避雷器智能监测方法

目前随着智能变电站的发展，变电站避雷器采用智能监测的已经较多。主要的监测方法有以下几种。

1.1 避雷器智能在线监测器

避雷器智能在线监测器[3]是在原普通监测器基础上发展而来的。它是将取样单元，单片机系统，光电隔离RS485通讯系统，供电系统等安装在原普通监测器内部，485通讯线及供电电源通过航空插座引出。智能监测器具有普通监测器的功能，又能通过RS485通讯系统将避雷器的全电流，阻性电流，放电次数和放电时间远传到计算机或IED。再通过IED将避雷器运行数据通过61850规约传送到后台计算机中。优点安装方便，又具有普通检测器的功能。

智能在线监测器阻性电流测量一般采用谐波法。无需从PT取系统电压信号，安全性高。

1.2 通过零磁通电流互感CT器取样方式在线监测器

通过CT取样，单片机系统和避雷器没有直接接触，两个系统不共地，避雷器放电时的地电位升高对测量系统影响较小。

阻性电流的测量一般采用相位法。也就是将避雷器泄漏电流中对应于从PT获得的同相系统电压信号峰值点对应的值，记为阻性电流。

CT取样的避雷器智能监测系统虽然系统没有直接和避雷器接地线相连接。但是当避雷器放电时，通过电磁感应，雷电流在取样CT和电子线路中也会产生极高的过电压，对测量系统会造成伤害。而大部分CT是采用不会受雷击的测量套管末屏电流用CT，又未进行高电压大电流冲击试验。也存在隐患[8-10]。

1.3 无源无线智能避雷器在线监测器

无源无线智能避雷器在线监测器是在智能避雷器在线监测器的基础上发展而来的。它采用避雷器的泄漏电流对高性能法拉电容器充电获得电能，给单片机测量系统提供电源。避雷器的泄漏电流，阻性电流，放电次数和放电时间通过无线通讯方式直接发送到后台计算机中。优点是安装方法和普通检测器相同，无需布线，无需外接电源。施工很方便。对应老旧变电站的智能化改造很方便[11-13]。对应某些特殊场所没有接地端的避雷器，如直流系统中的某些避雷器。

此种的避雷器智能监测方法也可以做成电阻片样，安装在避雷器内腔内将避雷器泄漏电流，阻性电流放电次数，避雷器内部温度和湿度发送到计算机中。

1.4 几种避雷器智能监测器中阻性电流监测方法的优缺点

目前，国网系统对避雷器阻性电流的测试精度很重视，但阻性电流测试方面还没有国家标准，由于阻性电流的非线性很强，持续运行电压下占全电流的比例又很小。所以不同的测试方法的测试精度都不高。但是阻性电流的变化趋势和峰值的大小都能监测到避雷器是否运行正常[14-15]。

智能监测器一般采用谐波法测量阻性电流。由于避雷器泄漏电流中容性电流基本不含谐波分量。全电流中的谐波分量大小就表示了阻性电流的大小。根据经验公式，通过不同范围内谐波分量值乘以不同的系数就能得实际阻性电流值。谐波法测量的优点是不需要参考电压，使用方便，布线简单，对系统电压互感器没有影响，相对安全性高。测量阻性电流不受相间干扰的影响，但精确度受系统电压中谐波分量大小的影响。

相间干扰就是中间相（B相）电压通过空间杂散电容产生的电流改变了A和C相泄漏电流的相位。使A相阻性电流变大，C相阻性电流变小。根据实测结果，系统电压越高，影响越大。根据实际测量，对于超高压系统的避雷器，C相测到的避雷器功率损耗都是负值。可以看到根据参考电压方法测量阻性电流已经不能使用了。这种外取参考电压的方法，在实验室测量阻性电流或对110 kV及以下系统避雷器阻性电流的测试精度较高。一般CT取样测量阻性电流采用相位法。也就是比较避雷器泄漏电流和电压的相位差测量阻性电流。

1.5 避雷器智能监测中全电流与阻性电流最大值的监测问题

根据文献[2]规定，普通避雷器在线监测器的泄漏电流最大监测只是6 mA。智能监测装置全电流的最大监测只是30 mA，而阻性电流最大监测只是10 mA。但是常常有招标文件要求，智能监测装置泄漏电流最大监测范围达100～650 mA。这很明显已经远远超出了避雷器最大持续电流一般不超过数毫安的实际值。如220 kV避雷器，若阻性电流达到100 mA，其避雷器的功耗已达10 kW以上。这明显已经超出了避雷器安全运行的功耗范围。

2 线路避雷器的智能监测

线路避雷器由于安装在杆塔上，监测很困难，也很难进行预防性试验和带电监测，所以更适合于智能监测。

对于35 kV及以下系统大量使用的防断线绝缘子，实际与线路避雷器是一样的。由于避雷器击穿后流过故障避雷器的只是健全相对地容性电流。避雷器并不会爆炸，从外观也很难观测到避雷器已发生故障。我们使用防断线绝缘子故障指示器已经发现了许多发生故障的防断线绝缘子。说明线路避雷器的故障率还是比较高的。另外避雷器标准有避雷器整体残压可以通过单片残压相加得到的规定。使大量没有经过整体避雷器冲击电流耐受试验的劣质产品流入市场。从目前我们进行的避雷器整体残压的试验结果看，35 kV及以下系统用金属氧化物避雷器能通过额定冲击电流试验的并不多。实际运行中避雷器的故障率明显低于试验数据，这应该是运行中的避雷器受到额定电流冲击的概率并不大。

2.1 传统型的线路避雷器监测方法

过去多用GSM网络，通过短信或数据传送将避雷器的运行参数发送到后台，大部分线路避雷器都带有间隙，所以一般都只发送避雷器的放电次数及放电时间信号。监测装置一般采用太阳能充电方式供电。用于采用GSM网络发送信号，系统耗能很大，监测装置的供电系统很关键。为了节约能量，一般在信号发送结束后关闭系统或使系统进入休眠节能工作方式。为了确认系统工作正常，常常每日自动向后台计算机发送一次验证信号。

采用GSM网络运行成本相对较高，必须按月缴纳手机卡月租费和通讯费，否则系统将会欠费停机，系统就不能正常工作。

2.2 新型线路避雷器智能监测与故障定位系统

对于线路避雷器监测放电次数是远远不够的，线路避雷器受雷击后会发生内部芯体损坏。对于配电网系统避雷器，由于工作电流小不发生爆炸。而对于髙电压等级的线路避雷器，避雷器击穿后重合闸系统恢复正常，寻找发生故障的避雷器都不容易。

采用新型物联网线路避雷器故障定位系统，能快速找到发生故障的避雷器。故障定位系统是通过传感器获取避雷器的放电信号和避雷器故障信号，再传送到单片机与卫星定位系统。当单片机收到信号后，就会立即将放电次数或故障信息发送到后台计算机或智能手机。通过电子导航系统就能快速找到发生故障的线路避雷器或防断线绝缘子。

新型线路避雷器智能监测与故障定位系统采用物联网，运行成本大幅度降低。

3 开关柜避雷器的智能监测

35 kV及以下系统，有大量的避雷器安装在开关柜内。如采用普通计数器或监测器安装和观测都比较麻烦，且成本比较高。采用新型电子式监测器，显示仪表可以安装在易于观测的开关柜面板上，通过传感器在避雷器下端获取信号，再通过信号线送到仪表。这种监测器记录的数据较多，且易于附加RS485数据远传系统。开关柜避雷器发生爆炸后，对柜内设备危害很大，对于有些场所大量使用组合式避雷器（过电压保护器）事故率更高。所以智能也很重要。

3.1 开关柜使用3只普通避雷器的智能监测

开关柜如采用普通的放电计数器或在线监测器，一般只能安装在开关柜底部，而且需要在柜门上开玻璃窗才能观测。运行人员读表也比较麻烦。所以开关柜避雷器一般采用组合式电子式智能监测仪，一台监测仪同时显示三相避雷器的泄漏电流、放电次数和放电时间。显示仪表安装在开关柜面板上。避雷器泄漏电流和放电次数通过传感器获得后送入仪表显示。当避雷器泄漏电流超过设定值以后，监测仪也会发出声光报警信号，通知运行人员避雷器发生了故障。监测仪能记录数千组避雷器的放电信号，某相或几相避雷器在什么时间放电都可以一一查询。这是普通计数器无法记录的。监测仪也可以采用485通讯方式，将避雷器的运行数据发送到后台计算机。当避雷器泄漏电流增大到一定值以后，监测系统就会发出报警信号，防止避雷器爆炸。

3.2 开关柜使用组合式避雷器（过电压保护器）的智能监测

开关柜使用组合式避雷器（俗称过电压保护器）的较多，但组合式避雷器目前相对故障率很高。大多数过电压保护器只配置了智能计数器，记录4相避雷器的放电次数和时间。这对于过电压保护器的安全运行并无帮助。由于过电压保护器A、B、C三相中性点在系统单相接地时处在高电位，所以用监测三相泄漏电流的方法，发现有问题的保护器并不现实。但是我们可以监测接地相泄漏电流的方法。这实际是监测过电压保护器的中性点电流。当过电压保护器正常时，三相平衡，流过中性点的泄漏电流很小，而当某相避雷器损坏时，三相就不平衡了，中性点泄漏电流会急速增加。当中性点泄漏电流大于设定值以后，监测仪会声光报警。从而可以有效提前发现有隐患的过电压保护器，防止其爆炸。当然中性点电流和避雷器放电次数及放电时间也可以通过485通讯系统远传到后台计算机，使智能监测很完善。

以上几种避雷器的智能监测方式只是作者的一些经验的总结。当然可能会有一些新颖的避雷器智能监测方式，由于作者不熟悉，未能论述，在此深表歉意。